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一文解析高频开关电源变压器的优化问题

返回列表文章来源: 作者: 浏览:- 发表时间:2018-12-27 14:29 【

  高频变压器是作为开关电源最主要的组成局部。开关电源一般采用半桥式功率转换电路,工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz 高频脉冲波,然后通过高频变压器进行降压,输出低电压的交流电,高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。


  典型的半桥式变压电路中最为显眼的三只高频变压器:主变压器、驱动变压器和辅助变压器(待机变压器)每种变压器在国家规定中都有各自的衡量规范,比如主变压器,只要是200W 以上的电源,其磁芯直径(高度)就不得小于35mm 而辅助变压器,电源功率不超过300W 时其磁芯直径达到16mm。


  一、高频变压器作用

  1、变压器的最最重要的作用的传递能量,当然还有隔离和变比之类的作用。

就拿传递能量来说,举个列子,一只老鼠和一只大象搬运东西,大象虽然运得多,但是速度慢,而老鼠最然运得少,但是速度快,所以同样多的东西,只要速度够快,体积小点同样可以完成。这就是变压器高频化可以减小变压器体积的原因。(这个例子是我们的电源老师讲变压器时讲给我们的)。


  2、因为高频化,就是开关频率高,这样就可以使开关电源的输出纹波小。这也举个例子:用一个多边形去逼近一个圆,它的边数越多,越能够逼近一个圆,所以开关频率越高,输出波形就越平滑。


  3、高频变压器的体积小;因为高频,所以能够用在开关频率较高的电路中,减小输出电压纹波。当然首先是伴随着电力电子器件的开关频率的提高,才有可能出现的变压器的高频化,否则无从谈起。

高频变压器

  二、高频变压器优化

  SMPS关电源,由于其体积小、效率高,因而在电子领域应用十分广泛。并且科研人员也不断的对其功率密度进行保度研究,通过不断提升变化频率提升其工作效率。而变压器在高频状态下,理论上其体积应当小于20KHz至150kHz这一范围,但是这需要以同等工作做通密度以及高频状态的磁性材料磁芯损耗才可以同低频相比,但是工作频率超过200KHz,目前的材料条件下,工作磁通密度便会降低,即若保证感芯损耗在可承受范围内就需要频率在千分之几特或者百分之几特。


  所以,功率损耗是限制高频变压器优化方案效果的主要因索。换言之,传输功率特定的条件,应当尽可能的降低绕组参数以及磁芯參数,从而保证变压器在运行过程中其温升范围符合设计标准要求。本文便针对开关电源变乐器的结构以及设计方案进行了分析,并提出了一一种有效的优化设计方案。


  通过上述两个公式针对铜线绕组阻抗进行计算,从而确定实际工.作频率中准确的阻抗数值,但是该种计算方式只能由计算机完成,因为其计算过程十分复杂。


  通过上述分析,针对高频变压器的优化设计,并非是一蹴而就的工作,在实际的操作中不可能一次完成,这是由于变压器运行以及结构中各类参数之间具有相互制约的作用,所以,必须将磁通密度以及绕组线径、绕组所数以及并绕数目等在计算机软件中进行多次的尝试,从而求得可以满足设计最佳状态的数值,完成设计优化。在所有的条件中,最为有利的便是磁芯种类以及参数都是特定的,例如磁芯物理尺对大多都是特定的,懒芯材料特性也是有限的。但是从另一-个角度进行分析,这些条件也会限制对变压器的优化,降低了优化的设计空间。


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